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收藏!温度对混凝土性能有多大影响?

更新时间:2020-12-17 14:25:15点击次数:246次

(1)温度变化对水泥水化及混凝土强度的影响
混凝土拌合物是由水泥、骨料、拌和用水及外加剂等组成的混合物。在混合物拌制过程中主要发生的化学变化是水泥的水化反应,水泥水化速度与水泥细度有关,同时也是随着温度的变化而变化的,温度越高,反应越快。其间的关系服从普遍适用于各种物理化学反应的通用的Arrhenius定律。
根据许多学者研究,硅酸盐水泥在常温下水化时的激活能E值约在30~40kJ/mol变化。设E=40kJ/mol,则温度从20℃上升至40℃时反应速率k值将增加185%,温度上升至60℃时k值将增加624%。反之,如果温度降低至10℃和℃(273K),则k值将分别减小44.6%和7.03%。简言之,如果说温度是按算术级数升高的话,那么反应速率是在实用的温度范围内以每升高10℃大约增长70%的速率按几何级数增长的,反之亦然。由此可见水化速率要比温度的变化强烈的多。这给低温条件下混凝土的强度增长速率提供了研究依据。
在上世纪80年代初,Carino在美国国家标准局做了一项试验,用水灰比等于0.43的标准试件在指定温度下浇制、密封和养护,直至指定龄期测定其抗压强度,不同温度下的混凝土强度增长如图1所示。
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试验说明,混凝土浇筑后强度的增长速率是随着养护温度的增高而加快的,也是随着龄期的增长而渐减的。温度对混凝土强度的影响主要是在形成强度的前10d左右的时间,而对混凝土在28天后的强度影响比较小。
(2)温度对混凝土坍落度的影响
混凝土拌和物的和易性施工经验告诉大家,在炎热天气下同样材料制成同等稠度的混凝土拌和物总要比冰冷天气多用一些水。同样拌和物的坍落度确实是随着它的温度升高而减小的。试验结果显示,为了使一般混凝土拌和物具有相等的坍落度(75mm),拌和物的温度每升高10℃,每1m3就需要增加约7kg的拌和用水(见图2)。
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拌和物的稠度(坍落度)主要取决于固体颗粒间的相互摩擦,除了水对这种内摩擦有一定的润滑作用以外,还与其中所含气泡有关,空气的存在等于增加了水泥浆含量而减少了骨料含量,因此可以较为明显地削减稠度。
气泡的形成与水的黏滞度有关,而水的黏滞度是随着温度的升高而减小的。因此,在较高温度下为使拌和物获得同样稠度通常需要较常温多用一些水,以增加气泡含量,从而增加拌合物的流动性。同样,在低温条件下拌和混凝土时要相应减少拌和用水,以防止用水过多产生泌水或坍落度过大的现象。
(3)低温下的混凝土强度研究
在混凝土浇筑后尚未硬化前,低温下内部水在结冰时体积会发生9%左右的增长,同时产生约2500kg/cm2的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥石内部形成的初期强度值,使混凝土受到不同程度的破坏(即早期受冻破坏)而降低强度。此外,当水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的结晶,减弱水泥浆与骨料和钢筋的黏结力,从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后,又会在混凝土内部形成各种各样的空隙,而降低混凝土的密实性及耐久性。由此可见,在冬季混凝土施工中,水的形态变化是影响混凝土强度增长的关键。
国内外许多学者对水在混凝土中的形态进行大量的试验研究结果表明,新浇混凝土在冻结前有一段预养期,可以增加其内部液相,减少固相,加速水泥的水化作用。试验研究还表明,混凝土受冻前预养期愈长,强度损失愈小。混凝土化冻后(即处在正常温度条件下)继续养护,其强度还会增长,不过增长的幅度大小不一。对于预养期长,获得初期强度较高(如达到R28的35%)的混凝土受冻后,后期强度几乎没有损失。而对于安全预养期短,获得初期强度比较低的混凝土受冻后,后期强度都有不同程度的损失。由此可见,混凝土冻结前,要使其在正常温度下有一段预养期,以加速水泥的水化作用,从而避免产生混凝土早期冻害。随着混凝土龄期增加,混凝土抗冻性能也得到提高。因水泥不断水化,可冻结水量减少,水中溶解盐浓度随水化深入而浓度增加,冰点也随龄期而降低,抵抗冻融破坏的能力也随之增强。所以延长冻结前的养护时间可以提高混凝土的抗冻性。使混凝土获得不遭受冻害的最低强度,一般称临界强度,我国规定临界强度为不低于设计标号的30%,即不得低于35kg/cm2。